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In der vorliegenden Arbeit wurden die in-vivo-Effekte eines „superagonistischen“ mAks mit Spezifität für den kostimulierenden Rezeptor CD28 der Ratte untersucht. Dieser Antikörper unterscheidet sich von konventionellen CD28-spezifischen mAk durch seine Fähigkeit, T Zellen auch ohne Ligation des TZR und damit polyklonal zu aktivieren. Die so ausgelöste Expansion der T Zellen verläuft so schnell und effizient wie eine durch Antigen gesteuerte Proliferation; die überproportionale Vermehrung anti-inflammatorischer regulatorischer T Zellen während der initialen Expansionsphase ist vermutlich für das Ausbleiben toxischer Effekte im Zuge der polyklonalen TZellvermehrung verantwortlich.
Trotz radikaler chirurgischer Resektion kommt es bei Patienten mit kolorektalem Karzinom häufig zum Tumorrezidiv. In unserem Patientenkollektiv (n=51) erlitten innerhalb von 3 Jahren 18% der Patienten ein Rezidiv nach kurativer R0-Resektion. Eine mögliche Erklärung dafür wird in einer Suppression der Anti-Tumor-Immunantwort gesehen, die eine vollständige immunologische Tumorzerstörung verhindert. Regulatorische T(Treg)-Lymphozyten spielen hierbei eine wesentliche Rolle. Der Nachweis dieser Zellen und deren gesteigerte IL-10-Produktion könnte eine mögliche Erklärung für die hohe Rezidivrate bei Patienten mit kolorektalem Karzinom bieten. Ziel unserer Untersuchungen war es daher, die tumorspezifische Immunantwort bei Patienten mit kolorektalem Karzinom stadienabhängig (UICC I-IV) zu untersuchen und im Blut und Tumor vorhandene T-Zellen sowohl morphologisch als auch funktionell zu charakterisieren. Als tumorspezifisches Antigen wurde das Tumorsuppressorgen p53 gewählt, da es in bis zu 60% aller kolorektalen Karzinome überexprimiert wird. Präoperativ gewonnene periphere Blutlymphozyten (PBL) dieser Patienten wurden mit überlappenden synthetischen Peptidfragmenten der gesamten Wildtyp-p53-Proteinsequenz stimuliert und anhand der resultierenden Zytokinproduktion (IL-10, IFN-γ) verglichen (ELISPOT, ELISA). Sowohl Cytospinpräparate der PBL als auch Tumorgewebe wurden immunhistologisch in Einzel- und Doppelfärbung charakterisiert. Mittels ELISA wurde das Serum der Patienten auf das Vorhandensein von p53-Antikörpern untersucht. Spezifische p53-Mutationen und die Expression von Treg spezifischen Genen im Tumorgewebe wurden mittels Real-Time-PCR analysiert. Nur bei 35 % der untersuchten Patientensera (n=40) fanden sich p53-spezifische Antikörper, wobei keine Korrelation zum UICC-Stadium bestand. Es zeigte sich, dass sich die p53-Peptide, die eine IFN-γ Produktion hervorrufen, von denen unterscheiden, die eine IL-10 Expression induzieren. Unabhängig von spezifischen p53-Mutationen spielte dabei das UICC-Stadium für die IL-10-Produktion eine besondere Rolle. So produzierten nach Peptid-Stimulation T-Zellen von Patienten im UICC-Stadium II wesentlich mehr IL-10 als T-Zellen von Patienten fortgeschrittener Stadien. Für die IFN-γ-Produktion fand sich keine Korrelation zum UICC-Stadium. Die immunhistologischen Untersuchungen zeigten, dass Patienten höherer Stadien (UICC III/IV) mehr CD4+CD25+-Lymphozyten im Blut und eine stärkere p53-Akkumulation im Tumor aufweisen als Patienten niedrigerer Stadien. Die Expression Treg-spezifischer Gene (CD4, CD25,CTLA-4, Foxp3, GITR, GATA-3) im Tumor korrelierte ebenso mit dem UICC-Stadium und war im UICC-Stadium II gesteigert. p53 induziert sowohl eine IFN-γ als auch eine IL-10 Expression. Das Überwiegen der IL-10-Produktion deutet darauf hin, dass p53-spezifische Treg–Zellen direkt an der Modulation Anti-Tumor-Immunantwort beteiligt sind. Durch Überexpression von p53 induziert der Tumor selbst eine Th2-Immunantwort, die zu vermehrter Toleranz des Tumors durch die Lymphozyten führt. Dies stellt einen neuen möglichen Tumor-Escape-Mechanismus dar. Sowohl die IL-10 Spiegel im Blut als auch die Expression Treg-spezifischer Gene im Tumorgewebe korrelieren mit dem Stadium der Erkrankung. Dies scheint die schlechte Prognose und hohe Rezidivhäufigkeit von Patienten mit bereits weit fortgeschrittenen Karzinomen zu erklären. Die Ergebnisse der Arbeit eröffnen darüber hinaus neue Therapieoptionen: Eine Verschiebung der Anti-Tumor-Immunantwort hin zur vollständigen immunologischen Tumorzerstörung (Th1) wäre in Form einer spezifischen anti-IL-10-Antikörperapplikation oder einer gezielten Depletion der tumorspezifischen Treg–Zellen denkbar.
Multiple activities are ascribed to the cytokine tumor necrosis factor (TNF) in health and disease. In particular, TNF was shown to affect carcinogenesis in multiple ways. This cytokine acts via the activation of two cell surface receptors, TNFR1, which is associated with inflammation, and TNFR2, which was shown to cause anti-inflammatory signaling. We assessed the effects of TNF and its two receptors on the progression of pancreatic cancer by in vivo bioluminescence imaging in a syngeneic orthotopic tumor mouse model with Panc02 cells. Mice deficient for TNFR1 were unable to spontaneously reject Panc02 tumors and furthermore displayed enhanced tumor progression. In contrast, a fraction of wild type (37.5%), TNF deficient (12.5%), and TNFR2 deficient mice (22.2%) were able to fully reject the tumor within two weeks. Pancreatic tumors in TNFR1 deficient mice displayed increased vascular density, enhanced infiltration of CD4+ T cells and CD4+ forkhead box P3 (FoxP3)+ regulatory T cells (Treg) but reduced numbers of CD8+ T cells. These alterations were further accompanied by transcriptional upregulation of IL4. Thus, TNF and TNFR1 are required in pancreatic ductal carcinoma to ensure optimal CD8+ T cell-mediated immunosurveillance and tumor rejection. Exogenous systemic administration of human TNF, however, which only interacts with murine TNFR1, accelerated tumor progression. This suggests that TNFR1 has basically the capability in the Panc02 model to trigger pro-and anti-tumoral effects but the spatiotemporal availability of TNF seems to determine finally the overall outcome.
Die Transplantation ist die einzige effektive Therapie für irreversibel geschädigte Organe. Um jedoch das Transplantat vor der Zerstörung zu schützen, wird die Abwehrfunktion des Immunsystems gezielt geschwächt. Diese notwendige dauerhafte Schwächung mit so genannten Immunsuppressiva haben jedoch in ihrer Langzeitanwendung erhebliche Nebenwirkungen für die Patienten. Sie sind einer größeren Gefahr als die Normalbevölkerung ausgesetzt, an schwerwiegenden Infektionen und Tumore zu erkranken. Zwei antigenspezifische Strategien als Grundlage für zukünftige therapeutische Konzepte, die nicht die Immunabwehr behindern, werden unter dem Begriff "ideale Therapie" erläutert.
In rodents, low doses of CD28-specific superagonistic monoclonal antibodies (CD28 superagonists, CD28SA) selectively activate regulatory T cells (Treg). This observation has recently been extended to humans, suggesting an option for the treatment of autoimmune and inflammatory diseases. However, a mechanistic explanation for this phenomenon is still lacking. Given that CD28SA amplify T cell receptor (TCR) signals, we tested the hypothesis that the weak tonic TCR signals received by conventional CD4\(^{+}\) T cells (Tconv) in the absence of cognate antigen require more CD28 signaling input for full activation than the stronger TCR signals received by self-reactive Treg. We report that in vitro, the response of mouse Treg and Tconv to CD28SA strongly depends on MHC class II expression by antigen-presenting cells. To separate the effect of tonic TCR signals from self-peptide recognition, we compared the response of wild-type Treg and Tconv to low and high CD28SA doses upon transfer into wild-type or H-2M knockout mice, which lack a self-peptide repertoire. We found that the superior response of Treg to low CD28SA doses was lost in the absence of self-peptide presentation. We also tested if potentially pathogenic autoreactive Tconv would benefit from self-recognition-induced sensitivity to CD28SA stimulation by transferring TCR transgenic OVA-specific Tconv into OVA-expressing mice and found that low-dose CD28SA application inhibited, rather than supported, their expansion, presumably due to the massive concomitant activation of Treg. Finally, we report that also in the in vitro response of human peripheral blood mononuclear cells to CD28SA, HLA II blockade interferes with the expansion of Treg by low-dose CD28SA stimulation. These results provide a rational basis for the further development of low-dose CD28SA therapy for the improvement of Treg activity.
Thymus-derived natural Foxp3\(^{+}\) CD4\(^{+}\) regulatory T cells (nTregs) play a key role in maintaining immune tolerance and preventing autoimmune disease. Several studies indicate that dendritic cells (DCs) are critically involved in the maintenance and proliferation of nTregs. However, the mechanisms how DCs manage to keep the peripheral pool at constant levels remain poorly understood. Here, we describe that the NF-κB/Rel family transcription factor RelB controls the frequencies of steady-state migratory DCs (ssmDCs) in peripheral lymph nodes and their numbers control peripheral nTreg homeostasis. DC-specific RelB depletion was investigated in CD11c-Cre × RelB\(^{fl/fl}\) mice (RelB\(^{DCko}\)), which showed normal frequencies of resident DCs in lymph nodes and spleen while the subsets of CD103\(^{-}\) Langerin\(^{-}\) dermal DCs (dDCs) and Langerhans cells but not CD103\(^{+}\) Langerin\(^{+}\) dDC of the ssmDCs in skin-draining lymph nodes were increased. Enhanced frequencies and proliferation rates were also observed for nTregs and a small population of CD4\(^{+}\) CD44\(^{high}\) CD25\(^{low}\) memory-like T cells (Tml). Interestingly, only the Tml but not DCs showed an increase in IL-2-producing capacity in lymph nodes of RelB\(^{DCko}\) mice. Blocking of IL-2 in vivo reduced the frequency of nTregs but increased the Tml frequencies, followed by a recovery of nTregs. Taken together, by employing RelB\(^{DCko}\) mice with increased frequencies of ssmDCs our data indicate a critical role for specific ssmDC subsets for the peripheral nTreg and IL-2\(^{+}\) Tml frequencies during homeostasis.
Toleranz gegenüber Selbstantigenen in den peripheren Geweben kann durch CD4+ CD25+ Foxp3+ regulatorische T-Zellen (Tregs) vermittelt werden. Diese Zellen entstehen entweder in Folge der thymischen T-Zellselektion (natürlich vorkommende Tregs, nTreg) oder durch Konversion aus naiven T-Zellen in den peripheren lymphatischen Organen (induzierte Tregs, iTregs). Im Vorfeld der Arbeit war bereits bekannt, dass Dendritische Zellen (DZ) eine wichtige Rolle bei der Generierung von iTreg spielen. Allerdings bestand weitestgehend Unklarheit darüber, welche DZ in welchem Reifungszustand dazu in der Lage sind, iTregs gegen peripher-exprimierte Selbstantigene zu induzieren. Steady-state migratorische DZ (ssmDZ) gelten in dieser Hinsicht als potentielle Kandidaten, da bekannt ist, dass diese DZ bereits unter homöostatischen Bedingungen Selbstantigene aus peripheren Geweben in die drainierenden Lymphknoten transportieren und dort T-Zellen präsentieren können. Ein Ziel der vorliegenden Arbeit war daher, den Phänotyp und die tolerogene Kapazität der ssmDZ in den hautdrainierenden Lymphknoten näher zu untersuchen. Es konnte gezeigt werden, dass ssmDZ einen semireifen MHC IIint CD40hi CD80/CD86int CCR7+ Phänotyp aufweisen und in vitro mit Hilfe von endogenem TGF-β iTregs induzieren können. Darüber hinaus belegt diese Arbeit zusammen mit weiteren Daten aus unserer Arbeitsgruppe, dass ssmDZ in transgenen K5mOVA-Mäusen zellassoziertes epidermales OVA aus der Haut in die drainierenden Lymphknoten transportieren und dort an CD4+ OVA-spezifische TZR-transgene OT-II T-Zellen präsentieren können. Innerhalb der ssmDZ konnten die Langerin+ dermalen DZ als die DZ-Subpopulation eingegrenzt werden, die für die Konversion von naiven OT-II T-Zellen in CD4+ CD25+ Foxp3+ iTregs verantwortlich war. Ferner zeigte sich, dass CD103 nicht als Marker für ssmDZ in den hautdrainierenden Lymphknoten herangezogen werden kann. Ein weiteres Ziel dieser Arbeit war, herauszufinden, welchen Einfluss der Transkriptionsfaktor RelB auf die partielle Reifung und Migration der ssmDZ hat. RelB ist ein Mitglied der NF-κB-Familie und wird mit der Reifung von DZ in Verbindung gebracht. Erste Experimente zeigten eine nukleäre Translokation von RelB in ssmDZ sowie eine verringerte Frequenz dieser DZ in den hautdrainierenden Lymphknoten von relB+/- Mäusen und Mäusen mit einer Defizienz für den RelB-Bindungspartner p52. Allerdings konnte bei Mäusen mit einer DZ-spezifischen RelB-Inaktivierung (RelBDCko Mäuse) eine erhöhte Frequenz an ssmDZ in den hautdrainierenden Lymphknoten festgestellt, die nicht auf einer Zunahme an DZ in der Haut der Tiere zurückzuführen war. Diese Ergebnisse legen einerseits die Vermutung nahe, dass es sich bei den beobachteten Effekte in den relB+/- Mäusen um DZ-extrinsische Auswirkungen auf die ssmDZ handelt. Andererseits scheint RelB unter homöostatischen Bedingungen die Erhaltung und Migration der ssmDZ eher negativ zu beeinflussen. Weitere durchflusszytometrische Analysen wiesen zudem darauf hin, dass RelB in ssmDZ die Expression von Reifungsmarkern nur partiell reguliert. So konnte auf den ssmDZ in den hautdrainierenden Lymphknoten von RelBDCko Mäusen eine erhöhte Expression von CD40 beobachtet werden, während andere Reifungsmarker wie MHC II, CD80 und CD86 nicht signifikant in ihrer Expression betroffen waren. Im Rahmen dieser Arbeit wurde zudem untersucht, wie sich eine RelB-Defizienz in DZ auf die Homöostase und Induktion von Tregs auswirkt. Die hierzu analysierten RelBDCko Mäuse wiesen eine erhöhte Frequenz und absolute Zellzahl an Tregs in allen untersuchten lymphatischen Organen (hautdrainierende Lymphknoten, Milz und Thymus) auf. Darüber hinaus war in diesen Organen auch eine verstärkte Proliferation der Tregs gegenüber den Kontrolltieren festzustellen. Weitere Untersuchungen zeigten, dass die Proliferation der Tregs in RelBDCko Mäusen in den hautdrainierenden Lymphknoten sogar stärker ausfiel als in der Milz. RelB scheint somit die tolerogene Kapazität der DZ zur Regulation der Treg-Expansion im Thymus und in der Peripherie zu beeinflussen. Unter Verwendung von neutralisierenden αIL-2-Antikörpern konnte zudem belegt werden, dass die periphere Proliferation der Tregs in den RelBDCko Mäusen von IL-2 abhängig ist. Damit einhergehend zeigten erste Vorversuche eine erhöhte IL-2-Produktion in den peripheren lymphatischen Organen von RelBDCko Mäusen. Zusammenfassend legen die Daten dieser Arbeit den Schluss nahe, dass ssmDZ in den hautdrainierenden Lymphknoten in der Lage sind, Toleranz durch Induktion von iTregs gegen epidermale Selbstantigene zu induzieren. Untersuchungen an neuartigen Mäusen mit einer konditionalen RelB-Inaktivierung spezifisch in DZ deuten darauf hin, dass die Migration und Reifung von ssmDZ partiell durch RelB reguliert wird. Da Tregs eine Schlüsselrolle bei der Erhaltung der peripheren Toleranz einnehmen, ist die Beobachtung, dass eine RelB-Defizienz in allen DZ zu einer verstärkten Treg-Proliferation und somit zu einer veränderten Treg-Homöostase führt, ein intererssanter Ausgangspunkt für weitere Untersuchungen.
Acute graft-versus-host disease (aGvHD) is a major cause of morbidity and mortality after allogeneic hematopoietic stem cell plus T cell transplantation (allo-HSCT). In this study, we investigated the requirement for CD28 co-stimulation of donor CD4\(^{+}\) conventional (CD4\(^{+}\)CD25\(^{-}\)Foxp3\(^{-}\), Tconv) and regulatory (CD4\(^{+}\)CD25\(^{+}\)Foxp3\(^{+}\), Treg) T cells in aGvHD using tamoxifen-inducible CD28 knockout (iCD28KO) or wild-type (wt) littermates as donors of CD4\(^{+}\) Tconv and Treg. In the highly inflammatory C57BL/6 into BALB/c allo-HSCT transplantation model, CD28 depletion on donor CD4\(^{+}\) Tconv reduced clinical signs of aGvHD, but did not significantly prolong survival of the recipient mice. Selective depletion of CD28 on donor Treg did not abrogate protection of recipient mice from aGvHD until about day 20 after allo-HSCT. Later, however, the pool of CD28-depleted Treg drastically declined as compared to wt Treg. Consequently, only wt, but not CD28-deficient, Treg were able to continuously suppress aGvHD and induce long-term survival of the recipient mice. To our knowledge, this is the first study that specifically evaluates the impact of CD28 expression on donor Treg in aGvHD. Moreover, the delayed kinetics of aGvHD lethality after transplantation of iCD28KO Treg provides a novel animal model for similar disease courses found in patients after allo-HSCT.
Regulatory T cells (Tregs) prevent autoimmunity but limit antitumor immunity. The canonical NF-\(\kappa\)B signaling pathway both activates immunity and promotes thymic Treg development. Here, we report that mature Tregs continue to require NF-\(\kappa\)B signaling through I\(\kappa\)B-kinase \(\beta\) (IKK\(\beta\)) after thymic egress. Mice lacking IKK\(\beta\) in mature Tregs developed scurfy-like immunopathology due to death of peripheral FoxP3\(^+\) Tregs. Also, pharmacological IKK\(\beta\) inhibition reduced Treg numbers in the circulation by ~50% and downregulated FoxP3 and CD25 expression and STAT5 phosphorylation. In contrast, activated cytotoxic T lymphocytes (CTLs) were resistant to IKK\(\beta\) inhibition because other pathways, in particular nuclear factor of activated T cells (NFATc1) signaling, sustained their survival and expansion. In a melanoma mouse model, IKK\(\beta\) inhibition after CTL cross-priming improved the antitumor response and delayed tumor growth. In conclusion, prolonged IKK\(\beta\) inhibition decimates circulating Tregs and improves CTL responses when commenced after tumor vaccination, indicating that IKK\(\beta\) represents a druggable checkpoint.